图片说明：红外线从左边进入这种硅结构，两种不同频率的光可以从右边进入这种由演算法推算出的图案模式。这是一个工作装置的放大图像，该装置实际上只有灰尘那么大。图片来源：Alexander Piggott
斯坦福大学（Stanford University）的电气工程师Jelena Vuckovic希望通过改变工作芯片之间往返传输数据的形式，来提高电脑的速度和效率。
如今的电脑，数据是通过电子流的形式传输，这需要耗费大量能量，同时也是笔记本使用过程中温度会升高的原因。
Vuckovic提到电气工程教授David Miller时说道：几年前，我的同事David Miller仔细分析了电脑的能耗，结果令人震惊，高达80%的微处理器电能消耗在送数据传输上，也就是所谓的互连线上。
斯坦福研究生Alexander Piggott、电气工程教授Vuckovic以及她的团队在Nature Photonics 上发表了一篇文章，在该文章中，他们提到了能引发计算机革命的进程，具体来说就是用光而不是电流传输电脑数据。
成熟的技术
根本上，斯坦福大学的工程师们想要使互联网的成熟技术小型化，这样，数据就可以通过光纤中的光子传输。
Piggott表示：光传输比导线中的电子传输耗能少且速度快。芯片级连接器件中光的传输量能够比电子的传输量提高20倍以上。
理论上这是可行的，因为红外线可以透过硅，就像可见光可透过玻璃。因此，光学互连线，即能传播红外线的硅结构可替代导线。
但目前为止，工程师只曾经在某一次实验中设计出了光学互联器件。考虑到电子系统中的各种复杂连接，光学数据传输仍然是不切实际的。
现在斯坦福大学的工程师们认为，通过所谓的逆设计演算法，他们已经打破了瓶颈。
顾名思义，逆设计演算法是这样起作用的：工程师们明确了光电路的功能，软件则提供如何制造硅结构来执行任务的细节。
Vuckovic表示：我们使用该算法来设计一个工作光路，在实验室还留有副本。
除了Piggott，该研究小组包括毕业的研究生Jesse Lu，研究生Jan Petykiewicz以及博士后学者Thomas Babinec 和 Konstantinos Lagoudakis。正如他们在Nature Photonics中所说，设备能完美运作，尽管有点瑕疵。
Piggott说道：我们的生产流程没有商业制造那么精确。事实上，我们可以制造出这种设备，其鲁棒性表明，这种技术可应用到产最先进的设备上进行大规模生产。
研究人员设想过许多逆设计演算法的其它潜在应用，包括高通光学通信，集成显微镜系统和超量子通信。
光透过硅片结构传输数据
斯坦福大学的研究基于众所周知的理论：红外线透过硅的方式与太阳光透过玻璃的方式一样。
就像棱镜折射可见光，揭示了彩虹形成的原理；不同的硅可以折射红外线，这一原理可以应用在许多领域。
斯坦福大学的算法设计的硅结构十分薄，20个叠加起来才达到人体头发的直径宽度。这种硅连接器件使得特定频率的红外线进入特定的位置，因此能够代替导线。
通过下载这些频率的数据，斯坦福大学的演算法可以控制任何开关或导通器件。
逆演算法通过描述如何创造出类似于能折射红外线的硅棱镜物体，使光连接变得可行。一旦演算法计算出任务所需的适当形状，工程师可以使用标准的工业过程，将生产模式转移到硅片上。
Vuckovic表示：我们的结构看起来像瑞士奶酪，但是却比我们见到的所有产品都好用。
她和Piggott已经生产出多种不同类型的光学连接器件，而且发现逆演算法在这些器件中并没有局限性。
在他们的文章中，斯坦福大学的作者表示自动化的大规模电路设计使得工程师能够制备出复杂的电子器件。
通过光学器件生产进程的自动化，他们觉得已经为下一代更快更高效计算机奠定了基础，这些计算机内部的数据传输使用光，而不是电流。
